JP2022158322A - 蓄熱発電プラント - Google Patents

Abstract

【課題】蓄熱発電を効率よく行うことが可能な蓄熱発電プラントを提供する。
【解決手段】一の実施形態によれば、蓄熱発電プラントは、加熱部分から供給された熱エネルギーを蓄熱し、前記熱エネルギーにより熱媒体を加熱する蓄熱器と、前記蓄熱器により加熱された前記熱媒体を用いて蒸気を発生させる蒸気発生器とを備える。前記装置はさらに、前記蓄熱器から前記蒸気発生部に前記熱媒体を搬送する第１流路と、前記蒸気発生部から前記蓄熱器に前記熱媒体を搬送する第２流路とを備える。前記装置はさらに、前記第１流路上に設けられた補助部と、前記第２流路を流れる前記熱媒体を、前記蓄熱器をバイパスして前記補助部に搬送するバイパス流路とを備え、前記補助部は、前記蓄熱器から前記熱媒体として第１熱媒体が供給され、前記第２流路から前記バイパス流路を介して前記熱媒体として第２熱媒体が供給され、前記蒸気発生器に前記熱媒体として第３熱媒体を供給する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、蓄熱発電プラントに関する。

図１は、従来の蓄熱発電プラントの構成を示す模式図である。

図１の蓄熱発電プラントは、加熱部分１と、蓄熱器２と、蓄熱入口ファン３と、蒸気発生器４と、発電機５と、蒸気タービン６と、タービン加減弁７と、タービンバイパス弁８と、復水器９と、復水器ポンプ１０とを備えている。

図１の蓄熱発電プラントの動作は、２つの過程に分けられる。第１の過程は蓄熱過程であり、第２の過程は放熱過程である。

加熱部分１は、熱エネルギーを発生する部分である。加熱部分１は、蓄熱発電プラントを動作させるのに十分な熱エネルギーを、蓄熱器２に供給する。蓄熱器２は、加熱部分１から供給された熱エネルギーを蓄熱する。このようにして、加熱部分１および蓄熱器２により蓄熱過程が行われる。

一方、放熱過程は、熱媒体を用いて、蓄熱器２、蓄熱入口ファン３、および蒸気発生器４により行われる。蓄熱器２は、蓄熱器２に蓄熱された熱エネルギーにより熱媒体を加熱し、この熱媒体を蒸気発生器４に供給する。蒸気発生器４は、蓄熱器２から供給された熱媒体の熱エネルギーにより水を加熱し、水から蒸気を発生させる。その結果、この熱媒体は、蒸気発生器４内で温度低下し、廃熱を伴って蒸気発生器４から排出される。蓄熱入口ファン３は、蒸気発生器４から排出された熱媒体を蓄熱器２に戻す。このようにして、蓄熱器２に蓄熱された熱エネルギーが蒸気発生器４に放熱される。

蒸気タービン６は、蒸気発生器４内で発生した蒸気（主蒸気）を供給され、この蒸気により回転駆動される。この蒸気は、廃熱を伴って蒸気タービン６から排出され、復水器９に流入する。発電機５は、蒸気タービン６により回転駆動されて発電する、すなわち、運動エネルギーを電力に変換する。復水器９は、蒸気タービン６から排出された蒸気を受け入れ、この蒸気を水に戻す。復水器ポンプ１０は、復水器９から排出された水（給水）を蒸気発生器４に送液する。このようにして、水および蒸気が、蒸気発生器４、蒸気タービン６、復水器９、および復水器ポンプ１０の間で循環する。

タービン加減弁７は、蒸気発生器４から蒸気タービン６に供給される蒸気の流量を調整するために使用される。タービンバイパス弁８は、蒸気発生器４から供給された蒸気を、蒸気タービン６をバイパスして復水器９に廃棄するために使用される。

特許第５４６１６６６号公報 欧州特許ＥＰ３３２７３９９号公報

図１の蓄熱発電プラントには以下のような問題があり、プラントの効率よい動作を実現することが難しい。

まず、図１の蓄熱発電プラントの負荷制御は、蒸気タービン６に流入する熱エネルギーの量を加減弁７により制御することで行われる。プラントの負荷の設定値が蒸気タービン６に流入する熱エネルギーよりも低い場合には、蒸気発生器４から過剰な熱エネルギーが供給されている。この場合、加減弁７が閉められ、タービンバイパス弁８が開かれ、この熱エネルギーが復水器９に廃棄される。その結果、プラントの効率が悪くなる。

また、蓄熱器２から蒸気発生器４に送られる熱媒体の温度は、蒸気発生器４の設計条件を満たす必要がある。蓄熱器２から蒸気発生器４に送られる熱媒体の温度は、蓄熱器２から放熱される熱エネルギーの量に依存する。放熱される熱エネルギーの量が多く、熱媒体の温度が高くなる場合には、熱媒体の温度が、蒸気発生器４の設計条件を超える可能性があり、蒸気発生器４に悪影響を与える可能性がある。

さらに、蓄熱器２内の蓄熱材の熱量Ｑは、蓄熱材の重量Ｍや、蓄熱材の比熱Ｃｐや、蓄熱器２への入熱温度Ｔ１と出熱温度Ｔ２との温度差ΔＴ（＝Ｔ１－Ｔ２）と、比例関係にある（Ｑ＝Ｍ×Ｃｐ×ΔＴ）。そのため、蒸気発生器４の設計条件の影響により蓄熱器２が高温で蓄熱できない場合には、蓄熱器２への入熱温度Ｔ１が低くなる。その結果、目標とする蓄熱量Ｑを得るのに蓄熱材の重量Ｍを大きくする必要があり、蓄熱器２の設置に広いスペースを要する。

それだけでなく、蓄熱器２への入熱温度Ｔ１に制約がある場合には、より高温で蓄熱可能な潜熱蓄熱材（例えば合金ＰＣＭ（Phase Change Material））や化学蓄熱材（例えばＬｉＳｉＯ_４）が蓄熱材として使用できず、蓄熱器２内の蓄熱材の種類が限定される。

また、図１の蓄熱発電プラントは、プラントのメンテナンス時などに蒸気発生器４の強制冷却を行う構成を備えていないため、蒸気発生器４のメンテナンスを開始するために長い時間がかかる。

そこで、本発明の実施形態は、蓄熱器２の省スペースを図ること、蓄熱器２内の蓄熱材の種類を柔軟に選定すること、または蓄熱器２を用いて蓄熱発電を効率よく行うことが可能な蓄熱発電プラントを提供する。

一の実施形態によれば、蓄熱発電プラントは、加熱部分から供給された熱エネルギーを蓄熱し、前記熱エネルギーにより熱媒体を加熱する蓄熱器と、前記蓄熱器により加熱された前記熱媒体を用いて蒸気を発生させる蒸気発生器とを備える。前記装置はさらに、前記蓄熱器から前記蒸気発生部に前記熱媒体を搬送する第１流路と、前記蒸気発生部から前記蓄熱器に前記熱媒体を搬送する第２流路とを備える。前記装置はさらに、前記第１流路上に設けられた補助部と、前記第２流路を流れる前記熱媒体を、前記蓄熱器をバイパスして前記補助部に搬送するバイパス流路とを備え、前記補助部は、前記蓄熱器から前記第１流路を介して前記熱媒体として第１熱媒体が供給され、前記第２流路から前記バイパス流路を介して前記熱媒体として第２熱媒体が供給され、前記第１流路を介して前記蒸気発生器に前記熱媒体として第３熱媒体を供給する。

従来の蓄熱発電プラントの構成を示す模式図である。 第１実施形態の蓄熱発電プラントの構成を示す模式図である。 第１実施形態の補助系統の構成を示す模式図である。 第１実施形態の蓄熱発電プラントの構成を示す別の模式図である。 第１実施形態の補助系統の構成を示す別の模式図である。 第１実施形態の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 第２実施形態の蓄熱発電プラントの構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１から図７において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図２は、第１実施形態の蓄熱発電プラントの構成を示す模式図である。

図２の蓄熱発電プラントは、図１の蓄熱発電プラントと同様に、加熱部分１と、蓄熱器２と、蓄熱入口ファン３と、蒸気発生器４と、発電機５と、蒸気タービン６と、タービン加減弁７と、タービンバイパス弁８と、復水器９と、復水器ポンプ１０とを備えている。これらの機能や動作は、図１を参照して説明した通りである。加熱部分１は例えば、電気ヒータである。蓄熱器２は例えば、砕石を用いた蓄熱槽である。

図２の蓄熱発電プラントはさらに、補助系統１１と、バイパスライン１２と、制御装置１３と、発電量検知器１４と、圧力検知器１５とを備えている。補助系統１１は補助部の例であり、バイパスライン１２はバイパス流路の例である。発電量検知器１４は発電検知部の例であり、圧力検知器１５は蒸気検知部の例である。

図２はさらに、熱媒体の流路として、蓄熱器２から補助系統１１へのラインＰ１と、補助系統１１から蒸気発生器４へのラインＰ２と、蒸気発生器４から蓄熱入口ファン３へのラインＰ３と、蓄熱入口ファン３から蓄熱器２へのラインＰ４とを示している。熱媒体は例えば空気である。蓄熱入口ファン３は、蓄熱器２と蒸気発生器４との間でこれらのラインＰ１～Ｐ４を介して熱媒体を循環させることができる。蓄熱入口ファン３は、図２では蒸気発生器４から蓄熱器２への流路上でラインＰ３とラインＰ４との間に配置されているが、代わりに蓄熱器２から蒸気発生器４への流路上でラインＰ１上またはラインＰ２上に配置されていてもよい。ラインＰ１、Ｐ２は第１流路の例であり、ラインＰ３、Ｐ４は第２流路の例である。蓄熱入口ファン３は、回転機器の例である。

補助系統１１は、蓄熱器２から蒸気発生器４への流路上でラインＰ１とラインＰ２との間に配置されている。バイパスライン１２は、ラインＰ４と補助系統１１とに接続されており、ラインＰ４を流れる熱媒体を、蓄熱器２をバイパスして補助系統１１に搬送することができる。本実施形態では、ラインＰ４とバイパスライン１２との接続地点は、蓄熱器２の上流に位置し、補助系統１１は、蓄熱器２の下流に位置しており、バイパスライン１２の全部分が、蓄熱器２の外部に敷設されている。なお、バイパスライン１２は、ラインＰ３と補助系統１１とに接続されていてもよく、ラインＰ３を流れる熱媒体を、蓄熱器２をバイパスして補助系統１１に搬送してもよい。

補助系統１１は、蓄熱器２からラインＰ１を介して熱媒体（第１熱媒体）を供給され、ラインＰ４からバイパスライン１２を介して熱媒体（第２熱媒体）を供給される。第１熱媒体は、蓄熱器２で加熱された高温の熱媒体であり、第２熱媒体は、蓄熱器２で加熱されなかった低温の熱媒体である。

補助系統１１はさらに、ラインＰ２を介して蒸気発生器４に熱媒体（第３熱媒体）を供給する。補助系統１１は、第１または第２熱媒体を供給された場合には、第１または第２熱媒体を、第３熱媒体として排出する。一方、補助系統１１は、第１および第２熱媒体を供給された場合には、第１および第２熱媒体を混合して得られた熱媒体を、第３熱媒体として排出する。これにより、第１熱媒体より低温で第２熱媒体より高温の熱媒体を、第３熱媒体として排出することができる。この第３熱媒体の温度は、第１熱媒体の流量と第２熱媒体の流量との比を制御することで調整可能である。補助系統１１から排出された第３熱媒体は、ラインＰ２を介して蒸気発生器４に供給される。

制御装置１３は、図２の蓄熱発電プラントの種々の動作を制御する。例えば、制御装置１３は、蓄熱入口ファン３の回転数や、タービン加減弁７の開閉や、タービンバイパス弁８の開閉や、補助系統１１の動作を制御する。制御装置１３のさらなる詳細については、後述する。

発電量検知器１４は、発電機５の発電量を検知し、発電量の検知結果を制御装置１３に出力する。圧力検知器１５は、蒸気発生器４からタービン加減弁７およびタービンバイパス弁８へと流れる蒸気の圧力（主蒸気圧力）を検知し、圧力の検知結果を制御装置１３に出力する。例えば、タービン加減弁７が開いており、タービンバイパス弁８が閉じている場合は、圧力検知器１５は、蒸気タービン６に供給される蒸気の圧力を検知する。一方、タービン加減弁７が閉じており、タービンバイパス弁８が開いている場合は、圧力検知器１５は、復水器９に流入する蒸気の圧力を検知する。なお、図２の蓄熱発電プラントは、蒸気発生器４から蒸気タービン６に蒸気を供給する２本のラインを備えており、圧力検知器１５は、これらのラインの一方に設けられている。

図３は、第１実施形態の補助系統１１の構成を示す模式図である。図３は、系統ラインを実線で示し、制御ラインを破線で示している。これは、後述する別の図についても同様である。

図３に示すように、補助系統１１は、バイパスダンパ１１ａと、温度検知器１１ｂと、蒸気発生器入口ダンパ１１ｃと、流量検知器１１ｄと、ミキサ（混合器）１１ｅと、蓄熱器遮断ダンパ１１ｆと、圧力検知器１１ｇとを備えている。蓄熱器遮断ダンパ１１ｆは、第１調整部の例である。バイパスダンパ１１ａは、第２調整部の例である。蒸気発生器入口ダンパ１１ｃは、第３調整部の例である。

補助系統１１内では、ラインＰ１、ラインＰ２、およびバイパスライン１２からミキサ１１ｅまで、熱媒体の流路が延びている。本実施形態の説明では、これらの流路も、それぞれラインＰ１、ラインＰ２、およびバイパスライン１２と呼ぶことにする。

ミキサ１１ｅは、蓄熱器２から蒸気発生器４への流路上でラインＰ１とラインＰ２との間に配置されており、かつバイパスライン１２に接続されている。よって、ミキサ１１ｅは、蓄熱器２からラインＰ１を介して熱媒体（第１熱媒体）を供給され、ラインＰ４からバイパスライン１２を介して熱媒体（第２熱媒体）を供給され、ラインＰ２を介して蒸気発生器４に熱媒体（第３熱媒体）を供給する。ミキサ１１ｅは、第１または第２熱媒体を供給された場合には、第１または第２熱媒体を第３熱媒体として排出する。一方、ミキサ１１ｅは、第１および第２熱媒体を供給された場合には、第１熱媒体と第２熱媒体とを混合し、これらの混合により得られた熱媒体を第３熱媒体として排出する。ミキサ１１ｅから排出された第３熱媒体は、ラインＰ２を介して蒸気発生器４に供給される。

バイパスダンパ１１ａは、補助系統１１内でバイパスライン１２上に設けられており、バイパスライン１２を流れる第２熱媒体の流量を調整するために使用される。温度検知器１１ｂは、補助系統１１内でラインＰ２上に設けられており、ラインＰ２を流れる第３熱媒体の温度を検知し、温度の検知結果を制御装置１３へと出力する。この温度は、蒸気発生器４の入口における熱媒体の温度に相当する。後述するように、制御装置１３は、温度検知器１１ｂにより検知された温度に基づいてバイパスダンパ１１ａを制御することで、ラインＰ２を流れる第３熱媒体の温度を制御することができる。

蒸気発生器入口ダンパ１１ｃは、補助系統１１内でラインＰ２上に設けられており、ラインＰ２を流れる第３熱媒体の流量を調整するために使用される。流量検知器１１ｄは、補助系統１１内でラインＰ２上に設けられており、ラインＰ２を流れる第３熱媒体の流量を検知し、流量の検知結果を制御装置１３へと出力する。この流量は、蒸気発生器４の入口における熱媒体の流量に相当する。後述するように、制御装置１３は、流量検知器１１ｄにより検知された流量に基づいて蒸気発生器入口ダンパ１１ｃを制御することで、ラインＰ２を流れる第３熱媒体の流量を制御することができる。

蓄熱器遮断ダンパ１１ｆは、補助系統１１内でラインＰ１上に設けられており、ラインＰ１を流れる第１熱媒体の流量を調整するために使用される。図２の蓄熱発電プラントでは、プラントのメンテナンス時などに、プラントの強制冷却を行う必要がある。制御装置１３は、プラントの強制冷却時に、蓄熱器遮断ダンパ１１ｆを全閉する。その結果、蓄熱器２への熱媒体の供給が停止され、蓄熱器２により加熱された熱媒体が蒸気発生器４に供給されなくなり、熱媒体が蓄熱器２を経由しなくなる。そのため、熱媒体の温度が高くない状態で、蒸気発生器４に熱媒体が供給される。これにより、蒸気発生器４を迅速に冷却することが可能となり、蒸気発生器４を短時間で停止することが可能となる。蓄熱器遮断ダンパ１１ｆを全閉すると、ラインＰ４とバイパスライン１２との接続地点に流入した熱媒体がすべて、バイパスライン１２に流入することになる。なお、蓄熱器遮断ダンパ１１ｆは、開状態および閉状態の２状態のみをとることが可能でもよいし、複数の開度をとることが可能でもよい。

圧力検知器１１ｇは、補助系統１１内でラインＰ１上に設けられており、ラインＰ１を流れる第１熱媒体の圧力を検知し、圧力の検知結果を制御装置１３へと出力する。この圧力は、蓄熱器２の出口における熱媒体の圧力に相当する。後述するように、制御装置１３は、圧力検知器１１ｇにより検知された圧力に基づいて蓄熱入口ファン３を制御することで、ラインＰ１を流れる第１熱媒体の圧力を制御することができる。

本実施形態によれば、蒸気発生器４の入口における熱媒体の温度と、蒸気発生器４の入口における熱媒体の流量を、独立に制御することができる。これらを独立に制御しなければ、蒸気発生器４の入口における熱媒体の温度を制御する調整部の制御と、蒸気発生器４の入口における熱媒体の流量を制御する調整部の制御は、収束するまで時間がかかる。

具体的には本実施形態では、蒸気発生器４の入口における熱媒体の温度は、バイパスダンパ１１ａにより制御可能であり、蒸気発生器４の入口における熱媒体の流量は、蒸気発生器入口ダンパ１１ｃにより制御可能である。

一方、例えば、蒸気発生器４の入口における熱媒体の流量の制御を行う制御部は、ラインＰ２上ではなくラインＰ１上で設けられれば、その調整部の動作により、バイパスライン１２を流れる熱媒体の流量とラインＰ１を流れる熱媒体の流量の割合が変化し、それに従い、蒸気発生器４の入口における熱媒体の温度が変化する。それに伴い、蒸気発生器４の入口における熱媒体の温度の制御を行う調整部（バイパスダンパ１１ａ）は動作し、それに従い、蒸気発生器４の入口における熱媒体の流量が変化する。それに伴い、蒸気発生器４の入口における熱媒体の流量の制御を行う調整部は動作し、その連動を両方の調整部の動作が収束するまで繰り返して行うことになり、蒸気発生器４の入口における熱媒体の温度と流量が収束するための時間がかかる。

これに対して本実施形態によれば、蒸気発生器４の入口における熱媒体の流量の制御を行う制御部は、ラインＰ２上で設ければ、これらの制御の干渉を抑制することが可能となり、蒸気発生器４の入口における熱媒体の温度と流量が収束するための時間が短縮される。

図４は、第１実施形態の蓄熱発電プラントの構成を示す別の模式図である。

図４は、図２に示す内容に加えて、制御装置１３の詳細を示している。図４に示すように、制御装置１３は、ユニットマスタ制御部２１と、タービン制御部２２と、補助系統制御部２３とを備えている。

ユニットマスタ制御部２１は、本実施形態の蓄熱発電プラントの中央給電指令所から、プラントへの要求発電量を示す信号Ｓ１を受信する。要求発電量は、制御装置１３のオペレータが制御装置１３に入力してもよい。ユニットマスタ制御部２１はさらに、信号Ｓ１に基づいて、ユニット負荷設定値（ＭＷＤ）を示す信号Ｓ２を出力する。信号Ｓ２は、タービン制御部２２および補助系統制御部２３に出力される。

タービン制御部２２は、信号Ｓ２に基づいて、本実施形態の蓄熱発電プラントの負荷制御を行う。具体的には、タービン制御部２２は、信号Ｓ２に基づいてタービン加減弁７の指令値を算出し、この指定値を示す信号Ｓ３をタービン加減弁７に出力する。このようにして、タービン制御部２２は、タービン加減弁７から蒸気タービン６に供給される蒸気の流量を制御することができる。

補助系統制御部２３は、信号Ｓ２に基づいて補助系統１１を制御し、さらには信号Ｓ２に基づいて蓄熱入口ファン３を制御する。具体的には、補助系統制御部２３は、信号Ｓ２に基づいてバイパスダンパ１１ａ、蒸気発生器入口ダンパ１１ｃ、および蓄熱入口ファン３の指令値を算出し、これらの指令値を示す信号Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６をそれぞれ、バイパスダンパ１１ａ、蒸気発生器入口ダンパ１１ｃ、および蓄熱入口ファン３に出力する。このようにして、補助系統制御部２３は、熱媒体の温度、流量、および圧力を制御することができる。

後述するように、補助系統制御部２３の動作は、種々の要因によって、タービン制御部２２の動作と連動している。よって、制御装置１３は、蒸気タービン６と補助系統１１とを１つのユニットに統合し、蒸気タービン６と補助系統１１とを協調して動作させることが可能となる。例えば、中央給電指令所からの要求発電量が減少した場合には、復水器９に蒸気を廃棄する代わりに、蓄熱器２から蒸気発生器４に供給される熱エネルギーを減少させてもよい。これにより例えば、要求発電量の変化に迅速に応答することや、蒸気の廃棄によるプラントの効率の悪化を抑制することが可能となる。

図５は、第１実施形態の補助系統１１の構成を示す別の模式図である。

図５は、図３に示す内容に加えて、制御装置１３の詳細を示している。図５に示すように、制御装置１３の補助系統制御部２３は、温度制御部２３ａと、流量制御部２３ｂと、圧力制御部２３ｃとを備えている。

温度制御部２３ａは、温度検知器１１ｂにより検知された温度に基づいて、バイパスダンパ１１ａを信号Ｓ４により制御することで、ラインＰ２を流れる第３熱媒体の温度を制御する。流量制御部２３ｂは、流量検知器１１ｄにより検知された流量に基づいて、蒸気発生器入口ダンパ１１ｃを信号Ｓ５により制御することで、ラインＰ２を流れる第３熱媒体の流量を制御する。圧力制御部２３ｃは、圧力検知器１１ｇにより検知された圧力に基づいて、蓄熱入口ファン３を信号Ｓ６により制御することで、ラインＰ１を流れる第１熱媒体の圧力を制御する。これらの制御は、ＭＷＤを示す信号Ｓ２に基づいて行われる。これらの制御のさらなる詳細については、後述する。

図６は、第１実施形態の制御装置１３の構成を示す機能ブロック図である。

ユニットマスタ制御部２１は、負荷変化率器３１と、加算器３２と、負荷設定上下限器３３とを備え、タービン制御部２２は、減算器４１と、ＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御部４２とを備え、補助系統制御部２３は、温度制御部２３ａと、流量制御部２３ｂと、圧力制御部２３ｃと、マスタロジック部２３ｄとを備えている。マスタロジック部２３ｄは、算出部の例である。

また、マスタロジック部２３ｄは、関数発生器５１と、減算器５２と、ＰＩＤ制御部５３と、加算器５４とを備えている。温度制御部２３ａは、関数発生器６１と、減算器６２と、ＰＩＤ制御部６３とを備えている。流量制御部２３ｂは、関数発生器７１と、減算器７２と、ＰＩＤ制御部７３とを備えている。圧力制御部２３ｃは、関数発生器８１と、減算器８２と、ＰＩＤ制御部８３と、加算器８４と、関数発生器８５とを備えている。

ユニットマスタ制御部２１は、次のように動作する。負荷変化率器３１は、本実施形態の蓄熱発電プラントへの要求発電量を示す信号Ｓ１を受信し、要求発電量から算出されるＭＷＤの変化率を制限する。加算器３２は、周波数変化などによる修正値を示す信号Ｓ７を受信し、修正前のＭＷＤに修正値を加算して修正後のＭＷＤを算出する。負荷設定上下限器３３は、修正後のＭＷＤの値を、プラントの容量または限界に基づく上下限により制限する。ユニットマスタ制御部２１は、負荷設定上下限器３３から出力されたＭＷＤを示す信号Ｓ２を出力する。

タービン制御部２２は、次のように動作する。減算器４１は、ＭＷＤを示す信号Ｓ２をユニットマスタ制御部２１から受信し、かつ発電量検知器１４により検知された発電機５の発電量を受信し、ＭＷＤから発電量を減算する。ＰＩＤ制御部４２は、ＭＷＤと発電量との偏差を減算器４１から受信し、この偏差に基づいて、タービン加減弁７の開度をフィードバック制御（ＰＩＤ制御）により制御する。具体的には、ＰＩＤ制御部４２は、この偏差をゼロに近付けるようにタービン加減弁７の指令値を算出し、この指定値を示す信号Ｓ３をタービン加減弁７に出力する。このようにして、タービン制御部２２は、タービン加減弁７から蒸気タービン６に供給される蒸気の流量を制御することができ、これにより発電機５の発電量を制御することができる。なお、タービン制御部２２は、発電機５に関する発電量以外の値を所定の検知器から受信し、この値に基づいてタービン加減弁７を制御してもよい。

補助系統制御部２３は、上流側制御を行うマスタロジック部２３ｄと、上流側制御に基づいて下流側制御（ローカル制御）を行う流量制御部２３ｂ、圧力制御部２３ｃ、およびマスタロジック部２３ｄとを備えている。

マスタロジック部２３ｄは、次のように動作する。関数発生器５１は、ＭＷＤを示す信号Ｓ２をユニットマスタ制御部２１から受信し、関数発生器５１が発生させた関数によりＭＷＤから主蒸気圧力の設定値を算出する。減算器５２は、圧力検知器１５から主蒸気圧力の測定値を受信し、主蒸気圧力の設定値から主蒸気圧力の測定値を減算する。ＰＩＤ制御部５３は、これら設定値と測定値との偏差を減算器５２から受信し、この偏差に基づいて、蓄熱出口設定値の修正信号をフィードバック制御（ＰＩＤ制御）により決定する。具体的には、ＰＩＤ制御部５３は、この偏差をゼロに近付けるように蓄熱出口設定値の修正信号を算出する。加算器５４は、蓄熱出口設定値のベース信号であるＭＷＤをユニットマスタ制御部２１から受信し、蓄熱出口設定値の修正信号をＰＩＤ制御部５３から受信し、蓄熱出口設定値のベース信号に蓄熱出口設定値の修正信号を加算する。マスタロジック部２３ｄは、ベース信号に修正信号が加算されて得られた蓄熱出口設定値を示す信号Ｓ８を出力する。蓄熱出口設定値のベース信号であるＭＷＤは第１設定値の例であり、蓄熱出口設定値は第２設定値の例である。

本実施形態の蓄熱出口設定値は、蓄熱器２の出口における熱媒体の温度、流量、および圧力を制御するために使用される。例えば、温度制御部２３ａは、蓄熱出口設定値に基づいて、ラインＰ２を流れる第３熱媒体の温度を制御する。さらに、流量制御部２３ｂは、蓄熱出口設定値に基づいて、ラインＰ２を流れる第３熱媒体の流量を制御する。さらに、圧力制御部２３ｃは、蓄熱出口設定値に基づいて、ラインＰ１を流れる第１熱媒体の圧力を制御する。本実施形態によれば、蓄熱器２の操作端であるバイパスダンパ１１ａ、蒸気発生器入口ダンパ１１ｃ、および蓄熱入口ファン３を制御するための設定値を蓄熱出口設定値に統一することが可能となり、これによりこれらの操作端を協調して動作させることが可能となる。

本実施形態では、発電機５の発電量に見合う蓄熱出力を供給するために、蓄熱出口設定値がＭＷＤに基づいて設定される。蓄熱出力とは、蓄熱器２から放熱される熱エネルギーである。本実施形態の蓄熱出口設定値は、蓄熱出口設定値のベース信号であるＭＷＤに、蓄熱出口設定値の修正信号を加算することで算出されるため、ＭＷＤの変化に応じて変化する。

仮に蓄熱出口設定値がＭＷＤに設定されても、通常は発電量と蓄熱出力とのバランスが保持される。しかしながら、蓄熱出口設定値がＭＷＤに設定されると、蒸気タービン６の効率が変化した際や、蓄熱発電プラントの負荷が変化した際などに、発電量と蓄熱出力とのアンバランスが発生する。そこで、本実施形態の蓄熱出口設定値は、ベース信号であるＭＷＤと修正信号との和に設定される。修正信号は、圧力検知器１５により検知される主蒸気圧力に基づいて算出される。よって、本実施形態によれば、このような蓄熱出口設定値を用いることで、発電量と蓄熱出力とのアンバランスが発生することを抑制することが可能となる。

なお、マスタロジック部２３ｄは、主蒸気に関する主蒸気圧力以外の値を所定の検知器から受信し、この値に基づいて蓄熱出口設定値を算出してもよい。また、マスタロジック部２３ｄは、本実施形態ではＭＷＤと同じ次元を持つ蓄熱出口設定値を算出しているが、ＭＷＤと異なる次元を持つ蓄熱出口設定値を算出してもよい。

温度制御部２３ａは、次のように動作する。関数発生器６１は、蓄熱出口設定値を示す信号Ｓ８をマスタロジック部２３ｄから受信し、関数発生器６１が発生させた関数により蓄熱出口設定値から蒸気発生器入口温度の設定値を算出する。蒸気発生器入口温度は、蒸気発生器４の入口における熱媒体の温度であり、温度検知器１１ｂにより測定される。減算器６２は、温度検知器１１ｂから蒸気発生器入口温度の測定値を受信し、蒸気発生器入口温度の設定値から蒸気発生器入口温度の測定値を減算する。ＰＩＤ制御部６３は、これら設定値と測定値との偏差を減算器６２から受信し、この偏差に基づいて、バイパスダンパ１１ａの開度をフィードバック制御（ＰＩＤ制御）により制御する。具体的には、ＰＩＤ制御部６３は、この偏差をゼロに近付けるようにバイパスダンパ１１ａの指令値を算出し、この指定値を示す信号Ｓ４をバイパスダンパ１１ａに出力する。

このようにして、本実施形態の温度制御部２３ａは、ラインＰ２を流れる第３熱媒体の温度を制御することができ、これにより蓄熱器２の出口における熱媒体の温度を制御することができる。

流量制御部２３ｂは、次のように動作する。関数発生器７１は、蓄熱出口設定値を示す信号Ｓ８をマスタロジック部２３ｄから受信し、関数発生器７１が発生させた関数により蓄熱出口設定値から蒸気発生器入口流量の設定値を算出する。蒸気発生器入口流量は、蒸気発生器４の入口における熱媒体の流量であり、流量検知器１１ｄにより測定される。減算器７２は、流量検知器１１ｄから蒸気発生器入口流量の測定値を受信し、蒸気発生器入口流量の設定値から蒸気発生器入口流量の測定値を減算する。ＰＩＤ制御部７３は、これら設定値と測定値との偏差を減算器７２から受信し、この偏差に基づいて、蒸気発生器入口ダンパ１１ｃの開度をフィードバック制御（ＰＩＤ制御）により制御する。具体的には、ＰＩＤ制御部７３は、この偏差をゼロに近付けるように蒸気発生器入口ダンパ１１ｃの指令値を算出し、この指定値を示す信号Ｓ５を蒸気発生器入口ダンパ１１ｃに出力する。

このようにして、本実施形態の流量制御部２３ｂは、ラインＰ２を流れる第３熱媒体の流量を制御することができ、これにより蓄熱器２の出口における熱媒体の流量を制御することができる。

圧力制御部２３ｃは、次のように動作する。関数発生器８５は、蓄熱出口設定値を示す信号Ｓ８をマスタロジック部２３ｄから受信し、関数発生器８５が発生させた関数により蓄熱出口設定値から蓄熱入口ファン３の指令値用の補正値を算出する。蓄熱出口圧力は、蓄熱器２の出口における熱媒体の圧力であり、圧力検知器１１ｇにより測定される。関数発生器８１は、流量検知器１１ｄから蒸気発生器入口流量の測定値を受信し、関数発生器８１が発生させた関数により蒸気発生器入口流量の測定値に見合う蓄熱出口圧力の設定値を算出する。減算器８２は、圧力検知器１１ｇから蓄熱出口圧力の測定値を受信し、蓄熱出口圧力の設定値から蓄熱出口圧力の測定値を減算する。ＰＩＤ制御部８３は、これら設定値と測定値との偏差を減算器８２から受信し、この偏差に基づいて、蓄熱入口ファン３の回転数をフィードバック制御（ＰＩＤ制御）により決定する。具体的には、ＰＩＤ制御部８３は、この偏差をゼロに近付けるように蓄熱入口ファン３の指令値を算出する。加算器８４は、ＰＩＤ制御部８３により算出された指令値に、関数発生器８５により算出された補正値を加算する。加算器８４は、補正前の指令値に補正値が加算されて得られた補正後の指令値を示す信号Ｓ６を蓄熱入口ファン３に出力する。

このようにして、本実施形態の圧力制御部２３ｃは、ラインＰ１を流れる第１熱媒体の圧力を制御することができ、これにより蓄熱器２の出口における熱媒体の圧力を制御することができる。本実施形態の圧力制御部２３ｃにおいては、ＰＩＤ制御部８３によるフィードバック制御だけでは、高速に負荷が変化する際に蓄熱発電プラントの運転性能を十分に向上させることが難しい。そのため、本実施形態の圧力制御部２３ｃは、フィードバック制御により得られた指令値を、加算器８４によるフィードフォワード制御により補正している。これにより、高速に負荷が変化する際にも蓄熱発電プラントの運転性能を十分に向上させることが可能となる。

以上のように、本実施形態の蓄熱発電プラントは、ラインＰ１とラインＰ２との間に設けられた補助系統１１と、蓄熱器２をバイパスしてラインＰ４から補助系統１１に熱媒体を供給するバイパスライン１２とを備えている。これにより、本実施形態の負荷制御を、加減弁７を用いて行うだけでなく、補助系統１１を用いて行うことが可能となり、加減弁７による負荷制御を補助系統１１により補助することが可能となる。従来は蒸気供給量を減らしたいときは不要な蒸気を復水器９へ捨てていたが、本実施形態によれば、補助系統４により蒸気発生器４からの蒸気の供給を制御することにより、蓄熱発電を効率よく行うことが可能となる。本実施形態によれば、制御装置１３により補助系統１１などを制御することで、このような効率よい蓄熱発電を実現することが可能となる。

前述のように、蓄熱器２内の蓄熱材の熱量Ｑは、蓄熱材の重量Ｍや、蓄熱材の比熱Ｃｐや、蓄熱器２への入熱温度Ｔ１と出熱温度Ｔ２との温度差ΔＴ（＝Ｔ１－Ｔ２）と、比例関係にある（Ｑ＝Ｍ×Ｃｐ×ΔＴ）。本実施形態によれば、補助系統１１により蒸気発生器４への熱供給を制御できるため、蓄熱器２が高温で蓄熱することが可能となり、上記式の蓄熱器２への入熱温度Ｔ１を高くすることが可能となる。よって、小さい重量Ｍで多くの熱量Ｑを得ることができ、蓄熱器２のサイズをコンパクトにすることができる。

さらに、蓄熱器２への入熱温度Ｔ１を高くするにより、熱媒体温度の制約を解消することができる。よって、蓄熱器２内の蓄熱材の種類を、砕石、コンクリート、セラミックスなどだけではなく、より高温・高密度で蓄熱可能な潜熱蓄熱材（例えば合金ＰＣＭ）や化学蓄熱材（例えばＬｉＳｉＯ_４）とすることが可能となる。このように、本実施形態によれば、蓄熱器２内の蓄熱材の種類を柔軟に選定でき、蓄熱器２の省スペースを図ることができ、かつ、高発電熱効率を維持できる蓄熱発電を実現することが可能となる。

また、本実施形態では、蒸気発生器４のメンテナンス時などに蒸気発生器４の強制冷却を行うための蓄熱器遮断ダンパ１１ｆが設けられており、蓄熱器遮断ダンパ１１ｆが遮断されると、蒸気発生器４から蓄熱器２へ戻ろうとする熱媒体は蓄熱器２へは戻らず、バイパスライン１２を通って蒸気発生器４へ循環する。そのため、蓄熱器２を通過しない熱媒体が蒸気発生器４との間で循環されて蒸気発生器４が早く冷える結果、蒸気発生器４のメンテナンスを開始するまでの時間を短縮することができる。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態の蓄熱発電プラントの構成を示す模式図である。

図７の蓄熱発電プラントは、図２の蓄熱発電プラントと同様の構成を有している。ただし、図７の蓄熱発電プラントは、蓄熱器遮断ダンパ１１ｆの代わりに、または蓄熱器遮断ダンパ１１ｆと共に、蓄熱器遮断ダンパ１６を備えている。蓄熱器遮断ダンパ１６は第４調整部の例である。

蓄熱器遮断ダンパ１６は、ラインＰ４上に設けられており、ラインＰ４を流れる熱媒体の流量を調整するために使用される。図７では、蓄熱器遮断ダンパ１６が、ラインＰ４とバイパスライン１２との接続地点より下流に配置されている。図７の蓄熱発電プラントでは、プラントのメンテナンス時などに、プラントの強制冷却を行う必要がある。制御装置１３は、プラントの強制冷却時に、蓄熱器遮断ダンパ１６を全閉する。その結果、蓄熱器２への熱媒体の供給が停止され、蓄熱器２により加熱された熱媒体が蒸気発生器４に供給されなくなる。これにより、蒸気発生器４を迅速に冷却することが可能となり、蒸気発生器４を短時間で停止することが可能となる。蓄熱器遮断ダンパ１６を全閉すると、ラインＰ４とバイパスライン１２との接続地点に流入した熱媒体がすべて、バイパスライン１２に流入することになる。なお、蓄熱器遮断ダンパ１６は、開状態および閉状態の２状態のみをとることが可能でもよいし、複数の開度をとることが可能でもよい。

ここで、蓄熱器遮断ダンパ１１ｆと蓄熱器遮断ダンパ１６とを比較する。蓄熱器遮断ダンパ１１ｆは、蓄熱器２の下流に配置されているため、蓄熱器２で加熱された後の高温の熱媒体が蓄熱器遮断ダンパ１１ｆに流入する。一方、蓄熱器遮断ダンパ１６は、蓄熱器２の上流に配置されているため、蓄熱器２で加熱される前の低温の熱媒体が蓄熱器遮断ダンパ１６に流入する。よって、蓄熱器遮断ダンパ１６を使用することには例えば、蓄熱器遮断ダンパ１６の熱劣化を抑制できるという利点や、耐熱性の低い蓄熱器遮断ダンパ１６を採用できるという利点がある。

同様に、図７の蓄熱発電プラントは、蒸気発生器入口ダンパ１１ｃの代わりに、または蒸気発生器入口ダンパ１１ｃと共に、流量調整用のダンパをラインＰ４上に備えていてもよい。このダンパは例えば、ラインＰ４とバイパスライン１２との接続地点より上流に配置され、蒸気発生器入口ダンパ１１ｃと同様の制御方法を用いて制御装置１３により制御される。このようなダンパを使用することには例えば、ダンパの熱劣化を抑制できるという利点や、耐熱性の低いダンパを採用できるという利点がある。一方、蒸気発生器入口ダンパ１１ｃを使用することには例えば、蒸気発生器入口ダンパ１１ｃと流量検知器１１ｄとを近くに配置できるため、流量制御の応答性が向上するという利点がある。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規なプラントは、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明したプラントの形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

１：加熱部分、２：蓄熱器、３：蓄熱入口ファン、４：蒸気発生器、
５：発電機、６：蒸気タービン、７：タービン加減弁、
８：タービンバイパス弁、９：復水器、１０：復水器ポンプ、
１１：補助系統、１１ａ：バイパスダンパ、１１ｂ：温度検知器、
１１ｃ：蒸気発生器入口ダンパ、１１ｄ：流量検知器、１１ｅ：ミキサ、
１１ｆ：蓄熱器遮断ダンパ、１１ｇ：圧力検知器、１２：バイパスライン、
１３：制御装置、１４：発電量検知器、１５：圧力検知器、１６：蓄熱器遮断ダンパ、
２１：ユニットマスタ制御部、２２：タービン制御部、２３：補助系統制御部、
２３ａ：温度制御部、２３ｂ：流量制御部、
２３ｃ：圧力制御部、２３ｄ：マスタロジック部、
３１：負荷変化率器、３２：加算器、３３：負荷設定上下限器、
４１：減算器、４２：ＰＩＤ制御部、
５１：関数発生器、５２：減算器、５３：ＰＩＤ制御部、５４：加算器、
６１：関数発生器、６２：減算器、６３：ＰＩＤ制御部、
７１：関数発生器、７２：減算器、７３：ＰＩＤ制御部、
８１：関数発生器、８２：減算器、８３：ＰＩＤ制御部、
８４：加算器、８５：関数発生器

Claims (15)

1. 加熱部分から供給された熱エネルギーを蓄熱し、前記熱エネルギーにより熱媒体を加熱する蓄熱器と、
   前記蓄熱器により加熱された前記熱媒体を用いて蒸気を発生させる蒸気発生器と、
   前記蓄熱器から前記蒸気発生部に前記熱媒体を搬送する第１流路と、
   前記蒸気発生部から前記蓄熱器に前記熱媒体を搬送する第２流路と、
   前記第１流路上に設けられた補助部と、
   前記第２流路を流れる前記熱媒体を、前記蓄熱器をバイパスして前記補助部に搬送するバイパス流路とを備え、
   前記補助部は、前記蓄熱器から前記第１流路を介して前記熱媒体として第１熱媒体が供給され、前記第２流路から前記バイパス流路を介して前記熱媒体として第２熱媒体が供給され、前記第１流路を介して前記蒸気発生器に前記熱媒体として第３熱媒体を供給する、蓄熱発電プラント。
2. 前記補助部は、前記第１熱媒体と前記第２熱媒体とを混合する混合器を備え、前記混合器から前記第３熱媒体を排出する、請求項１に記載の蓄熱発電プラント。
3. 前記補助部は、前記第１熱媒体の流量を調整する第１調整部を備え、
   前記第１調整部は、前記蓄熱発電プラントの強制冷却時に、前記蓄熱器への前記熱媒体の供給を停止させる、請求項１または２に記載の蓄熱発電プラント。
4. 前記補助部は、前記第２熱媒体の流量を調整する第２調整部を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄熱発電プラント。
5. 前記補助部は、前記第３熱媒体の流量を調整する第３調整部を備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄熱発電プラント。
6. 前記第２流路上に設けられ、前記熱媒体の流量を調整する第４調整部をさらに備え、
   前記第４調整部は、前記蓄熱発電プラントの強制冷却時に、前記蓄熱器への前記熱媒体の供給を停止させる、請求項１から５のいずれか１項に記載の蓄熱発電プラント。
7. 前記第１流路上または前記第２流路上に設けられ、前記蓄熱器と前記蒸気発生器との間で前記熱媒体を循環させる回転機器をさらに備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の蓄熱発電プラント。
8. 前記蒸気発生器から供給された蒸気により駆動される蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンにより駆動される発電機と、
   前記蒸気発生器から供給された蒸気に関する値を検知する蒸気検知器と、
   前記蒸気検知器により検知された値に基づいて、前記補助部を制御する制御装置と、
   をさらに備える、請求項１に記載の蓄熱発電プラント。
9. 前記蒸気検知器は、前記蒸気発生器から供給された蒸気の圧力を検知する、請求項８に記載の蓄熱発電プラント。
10. 前記蒸気発生器から前記蒸気タービンへの蒸気の供給を制御する加減弁と、
    前記発電機に関する値を検知する発電検知器とをさらに備え、
    前記制御装置はさらに、前記発電検知器により検知された値に基づいて、前記加減弁を制御する、請求項８または９に記載の蓄熱発電プラント。
11. 前記発電検知器は、前記発電機の発電量を検知する、請求項１０に記載の蓄熱発電プラント。
12. 前記制御装置は、
    前記補助部の制御用の第１設定値を取得し、前記蒸気検知器により検知された値と、前記第１設定値とに基づいて、前記補助部の制御用の第２設定値を算出する算出部と、
    前記第２設定値に基づいて、前記第３熱媒体の温度を制御する温度制御部と、
    前記第２設定値に基づいて、前記第３熱媒体の流量を制御する流量制御部と、
    前記第２設定値に基づいて、前記第１熱媒体の圧力を制御する圧力制御部と、
    を備える、請求項８から１１のいずれか１項に記載の蓄熱発電プラント。
13. 前記補助部は、前記第３熱媒体の温度を検知する温度検知器と、前記第２熱媒体の流量を調整する第２調整部とを備え、
    前記温度制御部は、前記温度検知器により検知された温度に基づいて前記第２調整部を制御することで、前記第３熱媒体の温度を制御する、請求項８から１２のいずれか１項に記載の蓄熱発電プラント。
14. 前記補助部は、前記第３熱媒体の流量を測定する流量検知器と、前記第３熱媒体の流量を調整する第３調整部とを備え、
    前記流量制御部は、前記流量検知器により検知された流量に基づいて前記第３調整部を制御することで、前記第３熱媒体の流量を制御する、請求項８から１３のいずれか１項に記載の蓄熱発電プラント。
15. 前記第１流路上または前記第２流路上に設けられ、前記蓄熱器と前記蒸気発生器との間で前記熱媒体を循環させる回転機器をさらに備え、
    前記補助部は、前記第１熱媒体の圧力を測定する圧力検知器を備え、
    前記圧力制御部は、前記圧力検知器により検知された圧力に基づいて前記回転機械を制御することで、前記第１熱媒体の圧力を制御する、請求項８から１４のいずれか１項に記載の蓄熱発電プラント。

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